DISCRIMINAÇÃO DAS CULTURAS COM BASE EM VALORES DE RETROESPALHAMENTO

A média do coeficiente de retroespalhamento de uma área pode ser uma maneira de caracterizar as propriedades físicas de alvos na faixa de microondas (Oliver e Quegan, 1998) e permitir a discriminação de áreas com propriedades diferentes. Com base neste princípio, a comparação entre o retroespalhamento médio das culturas pode dar uma idéia da possibilidade de discriminação entre elas.

As Figuras 5.19, 5.20 e 5.21 mostram os gráficos da variação temporal de todas as culturas comparativamente em cada uma das datas, permitindo uma análise temporal do comportamento do retroespalhamento médio das culturas na área de estudo. As médias e os intervalos de confiança de aproximadamente 95%, foram extraídos das amostras de cada um dos talhões escolhidos, como descrito nos itens 4.5.2 e 4.5.3. A relação destes talhões, o valor médio de retroespalhamento, o desvio padrão da média amostral do retroespalhamento e o número de pixels utilizados para o cálculo da média e desvio padrão estão descritos na Tabela D1 e D2 do Apêndice D e a Tabela B1 do Apêndice B descreve as características agronômicas desses talhões.

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 24 25 138a 138b 180 126 Número do talhão Retroespalhamento (dB) Jan Fev Mar (a) -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0

Jan Fev Mar

Retroespalhamento (dB) 24 25 138a 138b 180 126 (b)

Fig. 5.18 - Retroespalhamento de áreas com solo exposto em função do tempo. As barras verticais indicam o intervalo de confiança para duas vezes o desvio

Observando o intervalo de confiança a 95%, pode-se dizer que o retroespalhamento médio da classe de uso da terra tem 95% de possibilidade de estar contido dentro dos limites do intervalo. Assim, quando os intervalos de confiança de duas culturas não estão sobrepostos, pode-se dizer, com confiança de 95%, que as duas culturas têm médias diferentes. Como o retroespalhamento médio tem relação direta com as propriedades dos alvos pode-se dizer que as classes possuem características diferentes, possibilitando a discriminação entre elas, desde de que se utilizem amostras de tamanho igual ao utilizado para construir os intervalos de confiança utilizados (Oliver e Quegan, 1998). Em virtude do número de amostras utilizadas para o cálculo do σo

ter sido grande (n>100), a variância amostral dos dados foi pequena e os intervalos de confiança da média amostral ficaram bastantes estreitos. A utilização de amostras de tamanho grande tem como objetivo aumentar a exatidão e a confiabilidade das análises do retroespalhamento médio de uma determinada área. Assim, quanto maior for o tamanho das amostras, maior é a confiança de que a média populacional do retroespalhamento de um talhão está contida dentro do intervalo de confiança.

No mês de janeiro é possível perceber que grande parte das culturas possuíram σo

que variou entre –7 a –11 dB. As áreas de solo exposto, solo preparado, pousio e pastagens tiveram baixo σo

, as culturas de cana-de-açúcar e milho apresentaram grande proximidade de valores de retroespalhamento, o que provavelmente causaria grande confusão entre elas em uma classificação visando discrimina-las. Entretanto a área algodão poderiam ser discriminadas das demais áreas com culturas. Seu retroespalhamento foi alto, como discutido anteriormente, mostrando valores de σo

similares aos apresentados por áreas com solo preparado, caracterizada como áreas de alta rugosidade superficial do solo.

No mês de fevereiro (Figura 5.20), a confusão entre as classes continuou, possivelmente provocada por características semelhantes de cobertura do solo, já que neste mês as culturas do milho, cana-de-açúcar e algodão apresentavam mesmas características de porcentagem de cobertura do solo e rugosidade superficial do dossel. Todas estas classes já cobriam 100% do solo e apresentavam o valor máximo de fitomassa. A confusão entre as áreas de cana e pasto, não observadas em janeiro, são verificadas

neste mês, provavelmente porque a porcentagem de cobertura do solo pelas duas culturas é 100% e a fitomassa das duas é parecida. Também os talhões com as culturas de feijão e tomate na fase inicial tiveram características similares aos de solo exposto e não foram distinguíveis nesta data. A semelhança para estes 3 talhões é esperada, já que tanto o feijão quanto o tomate estão nas fases inicias de desenvolvimento da cultura, apresentando grande interferência do retroespalhamento do solo exposto. O agrupamento destas classes em uma classificação, seria necessária, já que elas têm características parecidas e apresentam valores de retroespalhamento bastante próximos. Desta forma, o mês de fevereiro não seria uma boa data para aquisição de imagens visando a discriminação destas culturas. Brisco et al. (1992) afirmaram que nas fases finais dos ciclos das culturas, a possibilidade de separação aumenta, em virtude das variações nas propriedades geométricas e dielétricas das culturas na fase de maturação. Como cada cultura apresenta um calendário e uma velocidade de maturação, as diferenças são mais perceptíveis nesta época. Seria aconselhável, então, uma data que compreendesse melhor o período de maturação das culturas, como imagens dos meses de março e abril, embora o mês de março neste estudo, não tenha apresentado boa separabilidade (Figura 5.21).

Porém, o comportamento das culturas nesta última imagem não apresentou mudanças significativas na separabilidade das culturas, permanecendo inalterado a faixa de ocorrência dos valores de retroespalhamento. Os talhões de milho têm comportamentos similares desde o mês de janeiro em função das pequenas diferenças nos estágios fenológicos das diversas áreas. Em janeiro o talhão de mi42 estava cobrindo 100% do solo, enquanto o talhão mi101 ainda não havia coberto totalmente o solo. Nesta data o retroespalhamento do talhão mi101 era maior que o do mi42. Em março essa diferença se inverte, o talhão mi42 tendo maior retroespalhamento em virtude do talhão mi101 ter entrado na fase de maturação e secagem.

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 sn25 sp24 sn180 sn176 p43 sn139 sn117 po66 sn75 ca58

p52 _mi51 p50 _{ca59 ca98 ca54} p53 sp126 sp77

po9 _{mi42 ca67}

mi108 po128 mi45 mi102 mi15 ca55 mi109 mi110 mi16 mi136 ca18 ca14 mi101 ca83 mi47

al5

sp116 sp138 Talhões

Retroespalhamento (dB)

Fig. 5.19 - Gráfico do retroespalhamento das culturas em janeiro e intervalos de confiança de 95% de significância. -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 p43 _po47 f51 t77 sn180 ca59 t24 _p52

po66 ca58 _sp117 p53 ca54 ca98 p50 po25 _sn136 ca67 mi45

mi102 mi42 ca14 ca18 po9 ca55 mi101 ca83 po128 mi75 mi108 sp176 mi110 mi109 mi15 mi16

al5

t116 t126 t138 t139

Talhões

Retroespalhamento (dB)

Fig. 5.20 - Gráfico do retroespalhamento das culturas no mês de fevereiro e intervalos de confiança de 95% de significância.

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 sn180 sn136 p43 p53 sn9 _po25 p52 t24 po128 f47 p50

mi102 mi75 ca58 ca98 po66 mi108

f51

ca55 _{mi109 mi110} mi59 ca67 mi16 ca14 t77 ca18 ca54 t117 ca83 _mi101 mi45 mi42 t176 t126 al5 mi15 t116 t138 t139

Talhões

Retroespalhamento (dB)

Fig. 5.21 - Gráfico do retroespalhamento das culturas no mês de março e intervalos de confiança de 95% de significância.

Os talhões t116 e t117 têm valores de retroespalhamento diferentes no mês de janeiro, devido às diferenças na direção de plantio de cada um dos talhões. Com o desenvolvimento da culturas e o aumento da porcentagem de cobertura vegetal do solo, esta diferença diminui, fazendo com que em março estas duas classes tenham valores de σo

bastante parecidos, de forma que pudessem ser agrupadas em uma classe, sem que a diferença na direção de plantio fosse perceptível.

A utilização de gráficos de intervalos de confiança da média amostral das classes de uso da terra pode nortear os processos de classificação digital de imagens (Kurosu et al., 1997; Foody et al., 1989). Com base na sobreposição dos intervalos de confiança é possível definir o número de classes distintas estatisticamente, de forma a agrupar classes com mesmas características e coletar valores de retroespalhamento somente nas classes que são realmente distintas.

A determinação das melhores datas para a escolha de imagens também é citada por Le Toan et al. (1997) como uma das aplicações deste tipo de metodologia baseada em

um conjunto de imagem multitemporais, as melhores datas para o mapeamento de culturas agrícolas. Neste estudo não houve uma melhor data que discriminasse as diversas culturas presentes na área de estudo, mostrando que provavelmente, o comportamento das culturas estudadas é bastante similar e apresenta pouca variação ao longo do ciclo das culturas.

A análise dos três perfis temporais de retroespalhamento das culturas estudadas mostra, além de um similaridade entre os valores de retroespalhamento das culturas, a presença de três regiões nos gráficos: a primeira região pode ser descrita como a região das áreas com baixo retroespalhamento, áreas de solo exposto, pasto e pousio. A segunda região é onde estão boa parte das culturas, e apresentam valores σo

intermediários ao da primeira e ao da terceira região. Nesta última estão presente as áreas com alto retroespalhamento e com comportamento diferenciado, condicionados pela direção das linhas de preparo ou plantio da cultura e pela rugosidade superficial. Esta análise resultou em uma divisão do retroespalhamento de forma parecida a análise visual dos dados, mostrando que o comportamento do retroespalhamento em áreas agrícolas não apresenta grande variações de cultura para cultura. Também não houve mudança considerável nos valores de retroespalhamento de um mês para outro. Os valores de retroespalhamento das culturas permaneceram dentro de uma faixa que se extende de –7 a –11 dB, mostrando que mesmo entre meses a diferença no retroespalhamento não permitiu a diferenciação das culturas.

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES

A avaliação das imagens multitemporais do Radarsat F4D (fine mode, descendente) mostrou que estas imagens podem ser uma ferramenta útil para o monitoramento e a discriminação de culturas agrícolas. As principais conclusões deste trabalho foram: As áreas agrícolas tiveram três comportamentos básicos, dependentes da porcentagem de cobertura vegetal: áreas sem nenhuma cobertura – solos expostos; áreas de cobertura parcial – pousio; e áreas com cobertura agrícola variada – culturas agrícolas em diferentes estágios fenológicos.

As áreas sem cobertura vegetal aparecem nas imagens com tonalidades escuras isto é com baixos valores de retroespalhamento. A baixa rugosidade superficial dos solos foi um dos principais fatores determinantes deste comportamento. No entanto, quando as áreas de solo exposto apresentam sulcos de preparo do solo, a direção de preparo em

relação ao sentido de imageamento desempenhou um papel determinante. O

retroespalhamento é menor quando a direção dos sulcos é paralela ao sentido do imageamento e maior quando está no sentido perpendicular ao sentido de imageamento. Esse comportamento pode ser explicado pela diferença na detecção da rugosidade nestas duas condições.

Áreas de pousio tiveram valores de retroespalhamento médios a baixos e isto é caracterizadas por tons de cinzas médios a escuros nas imagens. Seu comportamento é dependente basicamente da porcentagem de cobertura do solo e pela distribuição espacial das plantas daninhas. Em geral, quanto maior for a cobertura do solo, maior tenderá a ser o retroespalhamento.

solo, e da direção da linha de plantio. O retroespalhamento variou de tons de cinza médios a tons claros, apresentando valores de σo

médios a altos.

Os parâmetros agronômicos que mais interferiram no comportamento da cultura foram: a porcentagem de cobertura do solo, o estágio fenológico e a direção de plantio das

culturas, estando todos eles interrelacionados. A grande heterogeneidade destes

parâmetros nas culturas estudadas e na área de estudo dificultou uma análise comparativa mais completa entre os talhões.

A umidade do solo não foi avaliada neste trabalho, não permitindo que se determinasse sua interferência no retroespalhamento das culturas. Futuramente, a inclusão deste parâmetro em estudos será importante para o completo entendimento dos mecanismos de retroespalhamento em áreas agrícolas. Da mesma forma, uma avaliação quantitativa da rugosidade superficial do solo também contribuirá para uma melhor compreensão dos fatores determinantes do retroespalhamento.

A porcentagem de cobertura do solo determina o grau de interferência do retroespalhamento do solo no comportamento total da cultura. Como o retroespalhamento deste é menor que o retroespalhamento da vegetal, quanto maior for sua influência menor será o retroespalhamento. Assim, quanto menor for a cobertura do solo menor será o retroespalhamento da cultura.

A fenologia das culturas tem relação direta com a porcentagem de cobertura do solo. No início dos ciclos das culturas a porcentagem de cobertura do solo é muito baixa, de forma que o retroespalhamento tenderá a valores menores. Com o avanço da cultura para estágios de maior desenvolvimento (maior fitomassa, IAF e porcentagem de cobertura do solo) o retroespalhamento será maior, elevando-se até o início da fase de maturação, quando passa a decrescer em virtude da perda de fitomassa e aumento da interferência do retroespalhamento do solo.

A direção de plantio das culturas mostrou ter grande importância no retorno do sinal do radar, podendo ser identificada como um dos fatores primordiais quando as culturas ainda estão em estágio de desenvolvimento vegetativo (até 50 cm) e não recobrem

100% do solo. Direção de preparo do solo perpendicular ao sentido de imageamento causa aumento do retroespalhamento em virtude do aumento na detecção da rugosidade superficial dos alvos. E direções de preparo do solo paralelas provocam menores elevações do retroespalhamento.

O estudo individualizado das culturas mostrou comportamentos diferenciados para cada cultura e para cada estágio fenológico, em virtude das características de cada cultura. A cultura do tomate, por exemplo, por ter uma estrutura bem definida de estaqueamento (direção de plantio), e possuir espaçamento entre linhas grande o suficiente para não permitir 100% da cobertura do solo tem seu retroespalhamento afetado pela direção de plantio da cultura. Este fator foi mais importante que a biomassa, rugosidade do dossel e estágio de desenvolvimento da cultura.

Observou-se também que as variedades de cana-de-açúcar erectófila e planófila podem ser diferenciadas. Diferenças de época de plantio, tamanho e idade de cana-de-açúcar também puderam ser detectadas nas imagens analisadas neste estudo

O efeito topográfico de sombreamento foi perceptível nas imagens, interferindo na discriminação de culturas e classificações de uso da terra, criando a necessidade de levá- lo em consideração em trabalhos na área agrícola.

O cálculo do retroespalhamento médio dos talhões e dos intervalos de confiança é um método simples, prático e que mostrou bons resultados na estimativa do retroespalhamento médio dos talhões. A utilização de amostras grandes (n>100) contribuiu para a boa precisão na estimativa do retroespalhamento.

A análise dos gráficos com todos os talhões mostrou, assim como as análises visuais, a existência de três patamares de retroespalhamento. Um primeiro composto pelas áreas de solos exposto, pastos e pousios com baixo retroespalhamento, um segundo, com valores intermediários de retroespalhamento, constituído pelas culturas e um último patamar formado pelas áreas com alto retroespalhamento em decorrência da direção de plantio as culturas. A observação do comportamento de todas os talhões e culturas

conjuntamente mostrou que as culturas tem valores próximos de retroespalhamento médio, variando de –7 a 11 dB, dificultando a possibilidade de discriminação.

O trabalho mostrou que a complexidade de fatores que determinam a resposta do sinal de radar em áreas agrícolas, dificultam a utilização de dados de radares orbitais em agricultura. Embora a interpretação e compreenssão dos dados sejam difícieis, a coleta e o acompanhamento dos principais fatores determinates do coeficiente de retroespalhamento possibilitam a aplicação destes tipo de dados em estudos e levantamentos de áreas agrícolas.